生醫材料期末報告人工血液

組別：第 22組班級：化材四甲組員：江奕賢 王冠智

目錄人工血液的歷史

血液的研究背景

人工血液 - 特點

人工血液 vs人體血液

人工血液 - 主要種類 HBOC PFC

人工血液 - 研究方向 科學思路

人工血液成功案例

人工血液主要特點 優點與缺點

結論

參考資料

人工血液的歷史 1966年，美國科學家克拉克，在含碳氟化合物的容器裡有隻老鼠，

當他取出老鼠並排除其呼吸道中的液體時，老鼠竟然甦醒了。出於好奇心，克拉克有意在這類液體裡放入老鼠，幾小時後取出，結果老鼠奇蹟般的復活了。經研究發現，這種液體溶解氧氣和二氧化碳的能力分別是水的 20倍和 3 倍。克拉克從中得到啟發：可以用這種液體來代替血液。由於人造血液血液嫁接是白色的 , 所以人們稱它為“白色血液”。

1979年，一種新型的氟碳化合物乳劑作為人造血液，首次在日本應用於人體單腎臟移植手術，並取得成功。時隔不久，美國也報導了人造血液給一位信仰宗教、拒絕輸血的老人治療血液病獲得成功。

1980 年 8 月，中國科學工作者也成功研製人造血液，它是氟碳化合物在水中的超細乳狀液。

2013 年 10 月，羅馬尼亞的科學家成功創造出一種“人造血液”，這種“人造血液”由水、無機鹽以及海水的昆蟲體內提取出的蚯蚓血紅蛋白合成。

血液的研究背景

血液的組成有機而復雜。血液組織是結締組織的一種，由血漿和血球組成。血漿內含血漿蛋白、脂蛋白等營養成分及無機鹽、氧、激素、抗體和細胞代謝產物等。血球有红血球、白血球和血小板。

人體的造血過程是相對緩慢的。因此在面對如外傷、外科手術等突如其來的血液需求時，往往需要從外部輸血。而傳統的血液來源依賴公民獻血和轉基因動物，不僅供血量不穩定，而且面臨各種風險；心臟搭橋手術的輸血過程中一旦出現小氣泡，將危及患者的健康；在患者需要高氧治療時，普通血液的攜氧能力又不盡如人意。人造血液就是在這些問題的推動下應運而生。

隨著醫學技術的發展，人造血液越來越完整地實現自然血液的生理功能，相應地，血庫告急、配型不符之類的問題也有希望隨之迎刃而解。

人造血液 - 特點

　 這種奇妙的人造血液注入人體後，同人體正常血中的紅細胞一樣，具有良好的載氧能力和排出二氧化碳的能力，可以說，它是一種紅細胞的代用品。氟碳化合物像螃蟹的螯那樣，能夠把氧抓住，在人體裡再把氧氣放出來，進行人體裡的特種氧化還原反應。它的生物化學性質十分穩定，不管哪種血型的人，都能使用人造血液。

人造血液 vs 人體血液

人造血液與人體內的血液相比，人造血液還有許多缺點，它不能輸送養分，也沒有凝固血液的本領，更沒有對外界感染至關重要的免疫能力因此要研究出像人的血液那樣的代用品，還要經過很大的努力。

人工血液 - 主要種類HBOCPFC

HBOC與血液大致類似，它們呈暗紅色或紫紅色，由經滅菌處理的血 紅蛋白製成，血紅蛋白的來源有很多：

人工血液利用了被動擴散的原理 1 、來自過期的人類血液的紅細胞 2 、來自牛血的紅細胞 3 、可產生血紅蛋白的轉基因細菌 4 、人類胎盤

醫生不能直接將血紅蛋白注射到人體中。當血紅蛋白進入血細胞後，完全可以起攜帶和釋放氧氣的功能。但如果沒有細胞膜的保護，血紅蛋白的分解速度會非常快，而這可能導致腎臟嚴重損傷。出於該原因，大多數 HBOC使用的是比天然分子堅固得多的改進型血紅蛋白。

HBOC的工作方式與普通紅細胞大致相同。 HBOC分子漂浮在血漿中，從肺中獲得氧氣並將其釋放到毛細血管中，這些分子比紅細胞小得多，因此 HBOC 和 PFC均可到達紅細胞無法流經的地方，如極端腫脹的組織或惡性腫瘤周圍的異常血管等。大多數 HBOC在人體血液中停留一天左右，比普通紅細胞 100天的循環週期短得多。

HBOC也有一些副作用。改進型血紅蛋白分子可進入細胞間的微小空間

並結合一氧化氮，一氧化氮對於維持血壓非常重要，這會導致病人的血壓飆升。 HBOC會導致腹部不適和絞痛，這很可能是由於自由基的釋放，而自由基是一種對細胞有害的分子。某些 HBOC還會導致眼睛暫時變紅或皮膚潮紅。

PFC通常是白色的，由人工合成。它與碳氫化合物很相似，但它們包含的是氟而不是碳。

具化學惰性，但在攜帶溶解氣體方面很出色。

能比水或血漿多攜帶 20%至 30%的氣體。

PFC既油又滑，因此在使用時必須先進行乳化處理或懸浮在某種溶液中。研究人員正在研究 PFC能否在沒有額外氧氣的條件下工作。

PFC一般與通常用於靜脈注射的其他藥物混合使用，如卵磷脂或白蛋白。 這些乳化劑最終會在離開血液循環系統時分解，肝臟和腎臟將其從血液中

除去，肺會像呼出二氧化碳一樣，將 PFC呼出體外。

有時在機體分解和呼出 PFC時，人體會產生類似流感的症狀，與 HBOC類似。 PFC體積很小，可以到達紅細胞無法到達的地方。

出於該原因，有些醫院研究了是否可以使用 PFC將氧氣送過腫脹的腦組織，以此治療創傷性腦損傷（ TBI）。

製藥公司正在測試 PFC 和 HBOC在某些特定醫療情況下的療效，但它們還有很多潛在用途，例如：

1 、在創傷失血後，恢復人體供養能力，特別是在急救室和戰場上 2 、預防在手術過程中突然急需輸血 3 、維持通向腫瘤組織的氧流量，以使化療更為有效 4 、治療會導致紅細胞數量減少的貧血病 5 、向受到鐮狀細胞貧血症影響的身體腫脹組織輸送氧氣

人工血液 - 研究方向 - 科學思路

1 、血紅素的分子量約為 64500 dalton，主要存在於紅血球中，由四個勝肽鏈所組成，分別為二個 α鏈與二個 β鏈，每一個 α鏈由 141個氨基酸所組成，而 β鏈則為 146個氨基酸所組成。每條 α鍊及 β鏈上皆有一個原血紅素基與之相連，其中的亞鐵離子（ Fe2+）可以利用配位鍵的方式與一個氧分子結合，能夠可逆地行使攜氧與釋氧的功能，因此每一個血紅素分子最多可以攜帶四個氧分子。

2 、在人體內當紅血球行經肺臟時，由於肺泡裡的氧分壓高達 100毫米汞柱（ mmHg），使得紅血球裡的每一血紅素分子可以充分地攜帶氧氣。因此若以血紅素為基質來製備人工替代血液，必須對純化出來的血紅素溶液做適當的物理或化學修飾，以符合人體的生理要求。目前以血紅素為基材發展的人工替代血液，大致可分為包覆型人工替代血液、基因重組型人工替代血液與聚合型人工替代血液等。

a 、包覆型人工替代血液：以磷脂質經由乳化技術將血紅素包覆起來，如此可以避免血紅素在體內被快速分解掉，可以有正常的血紅素濃度。在包覆過程中同時也把 2,3-DPG分子包覆在磷脂質裡面，以調控血紅素分子對氧分子的親和力。

b 、基因重組型人工替代血液：主要是利用基因技術，將血紅素的 α或 β鏈的基因轉殖到大腸桿菌裡面，由大腸桿菌來表現，製造出血紅素分子。

c 、聚合型人工替代血液：又可分為分子內部交聯型血紅素、分子與分子間交聯型血紅素與共軛交聯型血紅素。

3 、分子內部交聯型血紅素：血紅素分子內部的交聯可以用PLP （ pyridoxyl 5'-phosphate ）分子代替 2,3-DPG 分子，做為修飾血紅素對氧分子親和力的交聯劑。由於 PLP 和 2,3-DPG對脫氧狀態的血紅素分子結合的位置相同，因此可以穩定其去氧結構，使血紅素對氧的親和力降低。這樣的分子內部交聯也同時穩定了血紅素的四聚體結構，避免在人體血液循環過程中被快速分解掉，因此可以改善血紅素分子在人體內滯留的半衰期。

4 、分子與分子間交聯型血紅素：分子內部交聯後的血紅素分子，若進一步以另一交聯劑將血紅素分子與分子間交聯起來，則可以有效地增加其在人體血液循環中的半衰期達六至七倍。目前較常用的交聯劑為戊二醛。聚合血紅素最重要的就是控制其分子量分佈及適當的攜氧能力，較適當的分子量大小以不超過 50 萬 dalton為佳。若聚合程度過高，則血紅素溶液黏度會過大，導致血液流變性質的改變。若血紅素分子聚合程度過低，則無法得到適當的攜氧能力以及在人體內的適當半衰期。

5 、共軛交聯型血紅素：利用交聯劑將血紅素分子以共價鍵結的方式鍵結在水溶性高分子鏈上，目的除了增加血紅素分子的體積以減緩血紅素分子由腎絲球體漏出外，亦可避免血液中其它蛋白質的吸附，以降低人體免疫系統的攻擊。

科學思路 一種是利用乳化了的全氟碳製劑，即全氟碳乳劑，通過溶解氧的方式來完

成血氧代謝。這種化學製劑結構簡單，運用方便，且有很高的溶解氧能力，可以實現更大範圍的醫療輔助。

另一種思路是模擬人體血液中血紅蛋白的攜氧機制，羅馬尼亞科學家拉杜教授設計出的人造血液採用的便是這種設計思路。這類人造血液有著較好的生理相容性，輸血後產生的排異反應和免疫反應較小。以往的人造血液由於缺少自然血液中所必需的生化組分，其血氧解離曲線（一種描述攜氧能力的關係圖）與正常生理情況不一致。

人造血紅蛋白在無細胞的環境下，化學性質很不穩定，對血液滲透壓影響也較大，且有一定的腎毒性，而拉杜教授的最新研究成果，既可以很好地模擬生理環境下的血液攜氧機制，又能保持一定的化學穩定性，從而降低了腎毒性和對血壓的擾動。這種人造血液的最新動物全血置換實驗已取得了較好的結果，有望用於臨床試驗。

人工血液成功案例 2010年 10月 33歲澳大利亞婦女塔馬拉·科克利發生嚴重車禍，當時醫生斷定，科克利活不過 24小時。就在這時，該院外傷醫生馬克·菲茨杰拉德忽然想到使用血液替代品— HBOC-2-1(血紅蛋白氧載體 ) ，這是一種利用牛的血漿人工合成的血液替代品，由美國軍方研製而成的。在輸入了替代血液後，科克利的血紅蛋白逐漸上升，她漸漸甦醒，如今已經恢復了健康。 採用人工合成血液救治患者，對於世界性的血液短缺有重要啟示，這種替代血液不需要血型的匹配，不需要冷藏，在常溫狀態下可以保持 3 年之久，對於缺乏足夠血源的偏遠地區而言，這可能是挽救失血患者生命的最佳選擇。

人工血液主要特點 優點與缺點

優點 “ 人造血”具有高氣溶性，在血管內

可起到攜帶氧氣和排除二氧化碳的作用。 它有以下幾個特點： 一 . 不受血型限制，可用於各種血型的

人，輸血後不會發生嚴重的溶血反應。

二 . 容易保存，不必像獻血者的鮮血那樣要貯存在 4 -6℃ ℃ 的冰箱內，人造血可保存數年之久。

三 . 不會發生交叉感染。

缺點 人造血液與人體內的血液相比，還有許多缺點，它不能輸送養分，也沒有凝固血液的本領，更沒有對外界感染至關重要的免疫能力。因此要研究出像人的血液那樣的代用品，還要經過很大的努力。

有些產品已處在臨床試驗的最後階段，但在人類身上進行試驗時，有些病人出現像流感一樣的徵狀。不像真的紅色原料，血紅蛋白和六氟化硫都只能在血流條件下，在幾天內起作用，因此它們只在短期內有幫助。

結論

“我們都盼望有朝一日用上可以長時間冷凍、儲存的人造血，這應該是未來發展的大方向。而要如何克服人造血液不能 1.輸送養分 2.凝固血液 3.免疫能力的缺點。相信這是目前所有研究家都在努力研究的問題。

就短時間內的急救過程，如果能擁有人工血液的幫助將大大減低全世界目前正在缺血的問題，時勢所趨人工血液未來極有可能取代我們人體的血液。就目前來看人工血液還是擁有許多問題有待改善。

參考資料 http://baike.baidu.com/view/346813.htm#6 http://www.baike.com/wiki/%E4%BA%BA

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http://www.iiyi.com/d-26-191243.html